十八、服務(wù)機器人

106． 定義：非結(jié)構(gòu)環(huán)境，家用、商用
根據(jù)國際機器人聯(lián)合會、中國電子學(xué)會定義，服務(wù)機器人指在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的先進機器人，工業(yè)機器人的工作環(huán)境都是已知的，而服務(wù)機器人所面臨的工作環(huán)境絕大多數(shù)都是未知的

國際機器人聯(lián)盟（IFR）將服務(wù)機器人分為個人／家庭服務(wù)機器人和專用服務(wù)機器人兩大類
1． 個人／家庭服務(wù)機器人按照用途可分為家政類（掃地拖地）、玩具、家居類、教育類、娛樂類等
2． 專業(yè)服務(wù)機器人可以分為商用、特種兩類，商用服務(wù)機器人主要用于零售、餐飲、政務(wù)、金融、醫(yī)院等場景，特種機器人主要用于軍用、航空、物流等特殊環(huán)境

107． 市場：全球 850 億，中國 250 億元
2021 年預(yù)計全球服務(wù)機器人市場規(guī)模 131 億美元，中國 39 億美元占 30％

108． 產(chǎn)業(yè)鏈：零部件、本體、終端用戶
服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)鏈包括上游核心零部件、中游技術(shù)模塊和本體制造、下游終端用戶核心零部件：提供服務(wù)機器人生產(chǎn)所需功能組件，主要包括芯片、傳感器、控制器、減速器、伺服電機等技術(shù)模塊：基于底層硬件，通過相關(guān)算法和程序開發(fā)，賦予服務(wù)機器人智能化的行為功能本體制造：以服務(wù)機器人的設(shè)計和加工制造為主營業(yè)務(wù)的綜合性廠商終端用戶：由醫(yī)療、新零售、教育、政務(wù)等領(lǐng)域的商業(yè)用戶和個人／家庭消費者構(gòu)成，應(yīng)用市場廣闊

109． 技術(shù)：定位導(dǎo)航、運動控制、人工智能
技術(shù)模塊是服務(wù)機器人智能化的重要基礎(chǔ)，主要包括導(dǎo)航定位、運動控制、人工智能等核心技術(shù)
導(dǎo)航定位：服務(wù)機器人通過激光雷達、毫米波雷達、超聲波傳感器、攝像頭等傳感設(shè)備來感知周圍環(huán)境，并依托SLAM等技術(shù)進行實時定位與路線規(guī)劃，詳細請參考機器人產(chǎn)業(yè)全面分析（七）：移動四類四技術(shù)，全球波士頓中國振華極智嘉！
運動控制：依托伺服電機、控制器、減速器等零部件，賦予服務(wù)機器人位置、速度、加速度等的控制能力，詳細請參考機器人產(chǎn)業(yè)全面分析（七）：移動四類四技術(shù)，全球波士頓中國振華極智嘉！機器人產(chǎn)業(yè)全面分析（二）：三大核心零部件
人工智能：運用機器視覺、語音交互、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，能夠賦予機器人圖像識別、語言溝通、情感交流和邏輯計算等能力，使服務(wù)機器人從“感知智能”走向“認知智能”，下面詳細介紹

110． 人機交互：視覺、語音、體感
服務(wù)機器人人工智能的核心是人機交互（Human－ComputerInteraction），通過語音、文本、圖像、觸控、手勢等一系列的方式來控制機器人按照用戶的意圖執(zhí)行任務(wù)

機器視覺：人臉識別、物體識別
機器視覺技術(shù)是指用機器代替人眼對目標(biāo)進行識別、跟蹤和測量的技術(shù)，在服務(wù)機器人領(lǐng)域，機器視覺主要包括人臉識別、物體識別等功能
人臉識別：基于人的臉部特征信息準(zhǔn)確識別多種人臉屬性，同時還能進行人臉相似度比對以及人臉查找等。例如接待機器人可識別客戶的性別、年齡、姿態(tài)等基礎(chǔ)信息，并進行人臉比對，為客戶提供個性化服務(wù)的同時保障公共安全
物體識別：基于深度學(xué)習(xí)，對圖像進行處理和分析，可準(zhǔn)確識別物體類別、特征、位置等綜合信息。例如新零售機器人利用機器視覺技術(shù)，識別客戶基礎(chǔ)信息，智能分析客戶需求，實現(xiàn)精準(zhǔn)化營銷

語音交互：語音識別（ASR）、自然語言處理（NLP）
語音交互以語音為主要信息載體，使機器具有像人一樣的“能聽會說、自然交互、有問必答”能力，其主要優(yōu)勢在于使用門檻低、信息傳遞效率高，且能夠解放雙手雙眼，包括語音識別（ASR）、自然語言處理（NLP）等
語音識別ASR技術(shù)發(fā)展較快，國內(nèi)的頭部技術(shù)供應(yīng)商包括百度、搜狗、科大訊飛、云知聲、思必馳、出門問問等

NLP 包括自然語言理解（NLU）和自然語言生成（NLG）兩個部分，NLU是使機器具備人類的語言理解能力，NLG則是將非語言格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人類可以理解的語言格式，NLP技術(shù)整體發(fā)展仍存在許多不足，語言的多樣性、歧義性、知識依賴等難點尚需攻克

體感交互通過攝像系統(tǒng)模擬建立三維空間，同時感應(yīng)出人與設(shè)備之間的距離與物體大小，通過對人的姿勢的識別來完成人與機器的互動，交互形式的合理性、交互行為的簡潔性、交互意圖的準(zhǔn)確性以及交互反饋的即時性是發(fā)展體感交互技術(shù)過程中的四大重要因素

111． 歷史：實驗室、萌芽、發(fā)展三階段
服務(wù)機器人的發(fā)展隨著人工智能技術(shù)的演進和市場需求的變化與時俱進，回顧發(fā)展歷程，大致可分為三個階段：
實驗室階段（20世紀(jì)50～60年代）：計算機、傳感器和仿真等技術(shù)不斷發(fā)展，美國、日本等國家相繼研發(fā)出有纜遙控水下機器人（ROV）、智能機器人、仿生機器人等
萌芽階段（20世紀(jì)70～90年代）：服務(wù)機器人具備初步感覺和協(xié)調(diào)能力，醫(yī)用服務(wù)機器人、娛樂機器人等逐步投放市場。
發(fā)展階段（21世紀(jì)～）：計算機、物聯(lián)網(wǎng)、人機交互、云計算等先進技術(shù)快速發(fā)展，服務(wù)機器人在家庭、教育、商業(yè)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用

下面分類介紹
十九、家用服務(wù)機器人

112． 分類：音箱、掃地機、無人機、教育娛樂
按照出貨量來看，目前出貨量最大的是智能音箱、掃地機器人、無人機、教育娛樂機器人

113． 智能音箱：百度、阿里、小米
智能音箱的核心是 AI 人工智能，全球龍頭亞馬遜，國內(nèi)百度、阿里、小米三巨頭，我們將在人工智能全面分析文章中詳細分析，請持續(xù)關(guān)注本公眾號
114． 掃地機市場：全球 250 億，中國 94 億，滲透率 10％
掃地機是典型的明天產(chǎn)品，使用者一旦使用了就再也回不去了，再也離不開了

2020 年全球市場規(guī)模 250 億元，中國 654 萬臺 94 億元，全球滲透率不到 10％，線上銷售占 90％

115． 掃地機技術(shù)：導(dǎo)航、清潔、續(xù)航、交互 掃地機器人可分為四大系統(tǒng)：導(dǎo)航系統(tǒng)、清潔系統(tǒng)、續(xù)航系統(tǒng)、交互系統(tǒng)
導(dǎo)航：隨機碰撞→路徑規(guī)劃→微創(chuàng)新

導(dǎo)航系統(tǒng)是掃地機器人的神經(jīng)中樞，分為四步：傳感器采集信息、定位與建圖（SLAM）、路徑規(guī)劃、運動控制，三代：隨機碰撞→路徑規(guī)劃→微創(chuàng)新

隨機碰撞：2010 年以前的掃地機均是采用隨機模式，根據(jù)簡單的移動算法，如三角形、五邊形軌跡不斷運行以覆蓋清掃區(qū)域，如果遇到障礙，則按照算法轉(zhuǎn)向，該方式缺點一是清掃效率低，有些區(qū)域重復(fù)清掃而有些區(qū)域出現(xiàn)漏掃；缺點二是缺乏避障能力，機器容易被障礙物困住，且頻繁碰撞容易造成機器和家具損壞

路徑規(guī)劃：2010 年，Neato 推出了全球首款基于激光雷達導(dǎo)航的全局規(guī)劃掃地機器人 Neato XV－11，全局規(guī)劃根據(jù) SLAM 算法構(gòu)建的地圖規(guī)劃整體清掃路線，局部規(guī)劃實時根據(jù)各類傳感器檢測到的周圍環(huán)境的變化，繞開眼前的障礙物，既避免了與障礙物的磕碰，又提高了清掃的覆蓋率和效率，詳細可參考機器人產(chǎn)業(yè)全面分析（七）：移動四類四技術(shù)，全球波士頓中國振華極智嘉！

微創(chuàng)新：多地圖記憶、物體識別避障、虛擬墻、燈塔模式等

清潔：地面吸塵→防纏繞設(shè)計→拖地→自清潔能力
清潔系統(tǒng)就是掃地機器人的四肢，功能從地面吸塵→防纏繞→拖地→自清潔

地面吸塵：吸力達 1．5－2kPa，塵埃識別系統(tǒng)自主識別地面臟污程度，對于重災(zāi)區(qū)反復(fù)清潔

防纏繞：通過不斷旋轉(zhuǎn)使施加在毛發(fā)上的壓力越來越大，從而使其斷裂成小段
拖地：配備水箱和抹布，模仿人工對地面進行高頻震蕩擦地

自清潔：抹布自清潔系統(tǒng)根據(jù)拖布的臟污程度自動返回基站進行抹布清洗，自動集塵系統(tǒng)將集塵盒中的污垢吸入集塵裝置中的一次性集塵袋中

續(xù)航：續(xù)航時間、斷點續(xù)掃、中央塵盒、智能快充
續(xù)航時間：大部分型號的電池容量達到 2000 mAh以上，續(xù)航 2 小時以上，單次能夠完成 200 平米清掃
斷點續(xù)掃：部分中高端機型具備記憶功能，可以記住已掃區(qū)域和未掃區(qū)域，在暫�；蛉彪娀爻浜�，掃地機可以繼續(xù)打掃剩余區(qū)域，直至清掃完畢
中央塵盒：每次回充時可以自動將灰塵倒入充電樁處的中央塵盒，塵盒容量達到 30 次，塵盒容量達到 0．6L 以上
智能快充：掃地機需要返回充電并打掃剩余區(qū)域時，可以智能評估清掃剩下區(qū)域所需要的電量，并在電量充足后立即返回清掃，而不需要等到充滿電后再出發(fā)
人機交互：遠程控制、語音控制、智能家居
遠程控制：配備通訊模塊和移動設(shè)備端app，一方面實時軟件升級，算法不斷進化，另一方面可以實現(xiàn)遠程／定時啟動、劃區(qū)清掃、虛擬墻等控制功能
語音控制：產(chǎn)品接入天貓精靈、小米等平臺，實現(xiàn)語音控制
智能家居：和其他智能家居實現(xiàn)聯(lián)動，比如傳感器感應(yīng)到家人出門后，掃地機器人自動開啟清掃等場景應(yīng)用

116． 掃地機產(chǎn)業(yè)：全球龍頭 iRobot，中國科沃斯石頭云鯨三巨頭

1996 年，伊萊克斯 Electrolux 在發(fā)布第一臺掃地機器人三葉蟲

2002 年，iRobot 發(fā)布Roomba，開啟商用時代2010 年，Neato 推出全球首款激光雷達導(dǎo)航全局規(guī)劃 XV－112016 年，小米與石頭科技聯(lián)合推出米家掃地機器人，極致性價比 1699 元

全球：龍頭 iRobot
從全球格局看，iRobot 零售市場份額達 52％（單價200美金以上），主要集中在北美 82％ 和日本 74％

iRobot：全球龍頭
1990 年，麻省理工學(xué)院機器人專家科林－安格爾 Colin Angle、海倫－格雷納Helen Greiner、羅德尼－布魯克斯 Rodney Brooks 創(chuàng)立2002 年，推出隨機碰撞式 Roomba，成為全球龍頭2019 年，全球市場份額 52％，美國本土市占率高達 85％，目前累計銷售超過 3000 萬臺，定位中高端 300～900 美元

中國：科沃斯、石頭／小米、云鯨三巨頭
中國市場上，科沃斯產(chǎn)品系列全面，市占率穩(wěn)定在 40％，小米及小米生態(tài)鏈企業(yè)石頭定位中高端市場占 25％，行業(yè)新貴云鯨憑借掃拖一體占 10％

科沃斯603486：中國龍頭
1998 年，成立于蘇州，為國際吸塵器廠商做代工2008 年，發(fā)布掃地機器人地寶 Deebot2010 年，開始陸續(xù)推出擦窗機器人窗寶、空氣凈化器沁寶、管家機器人親寶、公共服務(wù)機器人旺寶等2020 年營收 72 億利潤 6 億，中國掃地機器人市場占有率保持在 40％

石頭科技 688169：中高端龍頭
2014 年成立，2015 年小米入股，進入米家生態(tài)鏈2017 年，開始陸續(xù)推出中高端石頭掃地機器人、中低端小瓦掃地機、手持無線吸塵器等2020 年，營收 45 億利潤 14 億，市場占有率合計 25％

云鯨科技：高端龍頭
2016 年成立，2019 年發(fā)布“會自己清洗拖布的掃拖一體機器人”2020 年憑借單款產(chǎn)品，市場占有率達 10％，是高端市場龍頭

117． 無人機：全球龍頭大疆科技
無人機應(yīng)用市場較廣，ToC ToB 均有應(yīng)用，全球龍頭大疆科技，后續(xù)我們將單獨分析，請持續(xù)關(guān)注本公眾號
118． 教育娛樂：K12樂博樂博、職業(yè)教育華航唯實、優(yōu)必選
教育服務(wù)機器人（Educational Service Robots）是具有教與學(xué)智能的服務(wù)機器人，通常被用于進行 STEAM教育、語言學(xué)習(xí)、特殊人群學(xué)習(xí)等主題的輔助與管理教學(xué)中

STEAM教育由美國提出，加強K12關(guān)于科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）及數(shù)學(xué)（Math）的教育，機器人是目前最合適的 STEAM 教育載體，知名機器人競賽包括RoboCup（機器人世界杯）、IRO（機器人奧林匹克）、WER（世界教育機器人大賽）、FLL、中國科協(xié)、中央電教館、教育部組織的三大賽事

中國教育機器人市場規(guī)模約 100 億元，K12 龍頭樂博樂博營收 2．4 億元，職業(yè)教育龍頭華航唯實營收 2．8 億元
娛樂機器人目前群雄混戰(zhàn)中，包括主打格斗機器人的工匠社、主打平衡車的9號機器人，什么都做的優(yōu)必選等等